消化毒剂的作用机理学习教案

1、会计学1消化毒剂的作用消化毒剂的作用(zuyng)机理机理第一页，共22页。第2页/共22页第二页，共22页。1. Bt杀虫晶体蛋白（杀虫晶体蛋白（Isecticidal Crystal Proteins，ICPs） 杀虫晶体蛋白是由苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白是由苏云金芽胞杆菌( Bacillus ( Bacillus thuringiensis thuringiensis ，Bt)Bt)所产生的毒素。所产生的毒素。 毒蛋白主要有毒蛋白主要有7 7种：种：-外毒素、外毒素、-外毒素、外毒素、-外外毒素、毒素、-内毒素、不稳定外毒素、水溶性毒素、鼠因子内毒素、不稳定外毒素、水溶性毒素、鼠因子外毒

2、素。外毒素。- -内毒素是在形成芽孢的同时形成的蛋白质晶体内毒素是在形成芽孢的同时形成的蛋白质晶体，位于，位于(wiy)(wiy)芽孢之旁，所以又称伴孢晶体毒素，是主芽孢之旁，所以又称伴孢晶体毒素，是主要的杀虫晶体蛋白，这种晶体蛋白只是一种前毒素要的杀虫晶体蛋白，这种晶体蛋白只是一种前毒素(Pretoxin)(Pretoxin)，经过激活，即消化成分子量为，经过激活，即消化成分子量为100010007000070000的片段，才起毒素作用。的片段，才起毒素作用。第3页/共22页第三页，共22页。制剂中含有-外毒素。第4页/共22页第四页，共22页。 晶体蛋白有晶体蛋白有130130多种，按照杀

3、虫范围和寄主同源多种，按照杀虫范围和寄主同源(tn (tn yun)yun)型又可分为两大类群，即型又可分为两大类群，即Cry Cry （广谱性）蛋白和（广谱性）蛋白和CytCyt（双翅目、活体活性低）蛋白，同时还发现一种营养期杀（双翅目、活体活性低）蛋白，同时还发现一种营养期杀虫蛋白（虫蛋白（VIPsVIPs），活性与专一性同），活性与专一性同CryCry。CryCry分为四大类（根据杀虫谱）：分为四大类（根据杀虫谱）：CryICryI（鳞翅目）；（鳞翅目）；CryII(CryII(鳞翅目和双翅目鳞翅目和双翅目) )CryIIICryIII（鞘翅目）；（鞘翅目）；CryIV(CryIV(双翅

4、目双翅目) )。 通常一种毒素只能杀死某一目的部分易感昆虫，对有通常一种毒素只能杀死某一目的部分易感昆虫，对有益生物和脊椎动物安全。益生物和脊椎动物安全。1. Bt杀虫晶体蛋白（杀虫晶体蛋白（ICPs）第5页/共22页第五页，共22页。 完整完整(wnzhng)(wnzhng)的毒蛋白一般由三个结构域组成。的毒蛋白一般由三个结构域组成。 结构域结构域由一个由一个-螺旋束组成，可能与细胞膜穿螺旋束组成，可能与细胞膜穿 孔有关；孔有关； 结构域结构域由三组由三组-折叠片层组成，可能参与了毒折叠片层组成，可能参与了毒 素与膜受体蛋白的识别和结合；素与膜受体蛋白的识别和结合； 结构域结构域位于毒素分子

5、位于毒素分子C-C-端，可能阻止昆虫肠道蛋端，可能阻止昆虫肠道蛋 白酶对毒性肽分子的进一步降解。白酶对毒性肽分子的进一步降解。 1. Bt杀虫晶体蛋白（杀虫晶体蛋白（Isecticidal Crystal Proteins，ICPs）第6页/共22页第六页，共22页。第7页/共22页第七页，共22页。2. Bt毒素毒素(d s)受体蛋白受体蛋白 晶体蛋白的毒性与受体蛋白和晶体蛋白结合的能力呈晶体蛋白的毒性与受体蛋白和晶体蛋白结合的能力呈正相关，膜受体蛋白是毒蛋白专一性的决定因子。正相关，膜受体蛋白是毒蛋白专一性的决定因子。 鳞翅目昆虫中肠鳞翅目昆虫中肠BtBt毒素毒素(d s)(d s)受体蛋

6、白主要为中肠受体蛋白主要为中肠的刷状缘膜囊泡的刷状缘膜囊泡(BBMV)(BBMV)的氨肽酶的氨肽酶 N (aminopeptidase N N (aminopeptidase N，APN)APN)、类钙粘蛋白、类钙粘蛋白CLP(cadherin-like)CLP(cadherin-like)以及碱性磷酸酶。以及碱性磷酸酶。 此外鞘糖脂也是一种迄今未知的无脊椎动物此外鞘糖脂也是一种迄今未知的无脊椎动物BtBt毒素毒素(d (d s)s)的普遍受体。的普遍受体。 第8页/共22页第八页，共22页。 - -内毒素的作用过程要经溶解、酶解活化、与受体结合内毒素的作用过程要经溶解、酶解活化、与受体结合(

7、jih)(jih)、插入、孔洞或离子通道形成等五个环节。、插入、孔洞或离子通道形成等五个环节。昆虫取食孢子和毒素昆虫取食孢子和毒素毒素被蛋白酶活化毒素被蛋白酶活化毒素与膜受体结合毒素与膜受体结合毒素造成膜穿孔使细胞裂解毒素造成膜穿孔使细胞裂解3. 3. 杀虫晶体蛋白的作用杀虫晶体蛋白的作用(zuyng)(zuyng)机机理理第9页/共22页第九页，共22页。 毒素的溶解毒素的溶解 晶体蛋白可以溶解于晶体蛋白可以溶解于pH 12或或pH 9.5并加有巯基并加有巯基试剂的碱性溶液中。中肠内环境诸如试剂的碱性溶液中。中肠内环境诸如pH值、还原电值、还原电势、去垢势、去垢(q u)性、体积等都可能影响

8、性、体积等都可能影响-内毒素在内毒素在昆虫体内的溶解性。鳞翅目幼虫的中肠昆虫体内的溶解性。鳞翅目幼虫的中肠pH值一般都值一般都较高，呈碱性较高，呈碱性, 对对-内毒素的溶解很有利。内毒素的溶解很有利。3 3 杀虫晶体蛋白的作用杀虫晶体蛋白的作用(zuyng)(zuyng)机理机理 第10页/共22页第十页，共22页。 毒素的活化毒素的活化 溶解的晶体蛋白被中肠蛋白酶水解，由溶解的晶体蛋白被中肠蛋白酶水解，由130kD左右的前毒素，打开二硫键，释放出左右的前毒素，打开二硫键，释放出N端的端的70kD左右的抗酶多左右的抗酶多肽活力片段。肽活力片段。 活力片段至少由两部分组成活力片段至少由两部分组成

9、, 即毒力片段和细胞结合片段。即毒力片段和细胞结合片段。毒力片段主要结构是毒力片段主要结构是-螺旋，对于跨膜通道的形成及毒效可能螺旋，对于跨膜通道的形成及毒效可能起着重要作用。起着重要作用。 细胞结合片段由细胞结合片段由C端的保守区和中间的可变区组成，主要结端的保守区和中间的可变区组成，主要结构是构是-片层，负责毒素与靶标昆虫受体的结合，从而决定片层，负责毒素与靶标昆虫受体的结合，从而决定(judng)了毒素的选择性。了毒素的选择性。 中肠酶液的组成直接影响到中肠酶液的组成直接影响到-内毒素的降解活化内毒素的降解活化, 对对-内毒素内毒素作用的专一性起着重要作用。作用的专一性起着重要作用。 3

10、 3 杀虫晶体蛋白的作用杀虫晶体蛋白的作用(zuyng)(zuyng)机理机理 第11页/共22页第十一页，共22页。毒蛋白的活化毒蛋白的活化(huhu)过程过程被昆虫取食的晶体蛋白被昆虫取食的晶体蛋白在中肠被溶解在中肠被溶解碱性环境碱性环境成熟毒素成熟毒素被中肠蛋白酶消化活化被中肠蛋白酶消化活化毒素毒素(d s)的活化的活化 3 3 杀虫晶体蛋白的作用杀虫晶体蛋白的作用(zuyng)(zuyng)机理机理 第12页/共22页第十二页，共22页。3 3 杀虫晶体蛋白的作用杀虫晶体蛋白的作用(zuyng)(zuyng)新模型新模型 毒素与受体蛋白的结合毒素与受体蛋白的结合 毒素被活化以后首先是通

11、过结毒素被活化以后首先是通过结构域构域与上皮细胞膜上的受体蛋白发生专一性结合。结合与上皮细胞膜上的受体蛋白发生专一性结合。结合分为两步，第一步与分为两步，第一步与CLP受体的初始结合受体的初始结合(Initial Binding)，同时被，同时被BBMV上的蛋白酶进一步水解去除大约上的蛋白酶进一步水解去除大约3Kd的的a1螺旋，聚集成四聚体结构；低聚体与螺旋，聚集成四聚体结构；低聚体与APN结合即二次受体结合即二次受体结合结合,在在APN 受体的帮助下受体的帮助下,毒素低聚体在细胞膜脂质筏区毒素低聚体在细胞膜脂质筏区域上聚集域上聚集,此时此时(c sh)的毒素与受体难以发生解离的毒素与受体难以

12、发生解离,故为不可故为不可逆性结合逆性结合( Irreversible Binding)。 第13页/共22页第十三页，共22页。 插入及孔洞或离子插入及孔洞或离子(lz)通道的形成通道的形成 与受体结合与受体结合的低聚体的低聚体, 由由APN促使其运动到脂筏促使其运动到脂筏, Cry结构域结构域在在脂筏区插入膜内脂筏区插入膜内, 进而诱导孔的形成，导致膜完整性进而诱导孔的形成，导致膜完整性的破，引起离子的破，引起离子(lz)渗漏，水随之进入细胞，细胞因渗漏，水随之进入细胞，细胞因膨胀而解体、死亡。四聚体与毒素单体不同，能够在膨胀而解体、死亡。四聚体与毒素单体不同，能够在膜上形成稳定的孔道。这

13、一理论解释了膜上形成稳定的孔道。这一理论解释了APN作为重要作为重要的功能性受体却与单一的功能性受体却与单一Cry1A毒素亲和力低的原因。毒素亲和力低的原因。 3 3 杀虫晶体蛋白的作用杀虫晶体蛋白的作用(zuyng)(zuyng)新模型新模型 第14页/共22页第十四页，共22页。第15页/共22页第十五页，共22页。结构域结构域由由6-76-7个两亲的个两亲的-螺旋围绕着一个疏水的中心螺旋螺旋围绕着一个疏水的中心螺旋形成。其穿孔机制被认为是结构域形成。其穿孔机制被认为是结构域IIII在完成毒素在完成毒素- -受体识别后，与受体结受体识别后，与受体结合的结构域合的结构域的的6 6个个-螺旋像

14、一把撑开的伞将中心的螺旋插向膜结构螺旋像一把撑开的伞将中心的螺旋插向膜结构, ,同同时把结构域时把结构域也推向膜脂也推向膜脂, , 进而形成通道进而形成通道, , 导致上皮细胞的导致上皮细胞的K+K+渗透势和渗透势和pHpH梯度被破坏。组织病理学试验显示中肠柱细胞成空泡状梯度被破坏。组织病理学试验显示中肠柱细胞成空泡状, , 微绒毛损伤微绒毛损伤, ,中中肠内充满上皮细胞内容物肠内充满上皮细胞内容物, , 中肠细胞消亡中肠细胞消亡, , 最后最后(zuhu)(zuhu)昆虫幼虫死亡。昆虫幼虫死亡。结构域结构域在杀虫蛋白在杀虫蛋白(dnbi)中中的作用的作用3 3 杀虫晶体蛋白的作用杀虫晶体蛋白

15、的作用(zuyng)(zuyng)新模型新模型 第16页/共22页第十六页，共22页。-4螺旋螺旋-5螺旋螺旋细胞膜细胞膜-5螺旋螺旋-4螺旋螺旋细胞膜细胞膜图图2 Bt杀虫毒蛋白杀虫毒蛋白(dnbi)作用的伞型模型与形成孔道原理作用的伞型模型与形成孔道原理示意图示意图第17页/共22页第十七页，共22页。 这个新的模型首次提出了这个新的模型首次提出了 Cry Cry毒素在昆虫的毒素在昆虫的BBMVBBMV上不是只同一个受体相互作用上不是只同一个受体相互作用, ,而是与两个的受体先而是与两个的受体先后发生结合后发生结合, ,强调了脂筏在形成孔的过程中的作用强调了脂筏在形成孔的过程中的作用, ,

16、而而且解释了且解释了APNAPN作为重要的功能性受体却与单一作为重要的功能性受体却与单一(dny)Cry1A(dny)Cry1A毒素亲和力低的原因。这种与几个受体毒素亲和力低的原因。这种与几个受体分子先后结合分子先后结合, ,并通过脂筏插入膜或进入细胞的机制并通过脂筏插入膜或进入细胞的机制在其它的毒素在其它的毒素( (如气单胞菌溶素如气单胞菌溶素) )和病毒和病毒( (如艾滋病病如艾滋病病毒毒) )的致病过程中是普遍存在的。该模型的提出使我的致病过程中是普遍存在的。该模型的提出使我们能更完整地解释们能更完整地解释Bt Bt 的毒性和抗性机制的毒性和抗性机制, ,对其它病原对其它病原的致病机理研

17、究也有借鉴作用。的致病机理研究也有借鉴作用。3 3 杀虫晶体蛋白的作用新模型杀虫晶体蛋白的作用新模型(mxng)(mxng)的意义的意义 第18页/共22页第十八页，共22页。二氢沉香呋喃类化合物：苦皮藤素二氢沉香呋喃类化合物：苦皮藤素、等可致等可致粘虫：中肠柱状细胞的微绒毛排列不整齐，大量脱落粘虫：中肠柱状细胞的微绒毛排列不整齐，大量脱落(tulu)；基膜内褶空间变大，排列紊乱；细胞质密度；基膜内褶空间变大，排列紊乱；细胞质密度降低；内质网极度扩张降低；内质网极度扩张 ，囊泡化，核糖体脱落，囊泡化，核糖体脱落(tulu)；线粒体嵴模糊不清楚，双层膜不完整。推测；线粒体嵴模糊不清楚，双层膜不完

18、整。推测其机理为：此类化合物与昆虫中肠细胞膜及内膜结合其机理为：此类化合物与昆虫中肠细胞膜及内膜结合，膜系统结构发生改变，水分和各种离子的通透性随，膜系统结构发生改变，水分和各种离子的通透性随之改变，引起细胞肿胀、失水、瓦解，最终死亡。推之改变，引起细胞肿胀、失水、瓦解，最终死亡。推测其机理为：此类化合物与昆虫中肠细胞膜及内膜结测其机理为：此类化合物与昆虫中肠细胞膜及内膜结合，膜系统结构发生改变，水分和各种离子的通透性合，膜系统结构发生改变，水分和各种离子的通透性随之改变，引起细胞肿胀、失水、瓦解，最终死亡。随之改变，引起细胞肿胀、失水、瓦解，最终死亡。 二、其他消化二、其他消化(xiohu)毒剂毒剂第19页/共22页第十九页，共22页。丁布：可阻碍欧洲玉米螟幼虫和亚洲玉米螟幼虫的发育，使得丁布：可阻碍欧